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空间激光通信与测距一体化研究 被引量：1
1
作者 王熹 邓磊 +7 位作者 陶坤宇 付森 杨奇 戴潇潇 曹哲玮 沈勤 刘陈 付松年 《光通信研究》 北大核心 2024年第3期23-30,共8页
【目的】随着卫星技术和通信技术的不断提高,空间激光通信与测距一体化技术也逐渐成熟。而伴随着深空探测、卫星导航等领域的进一步发展,大量的业务及应用需求对星间的通信容量和测距精度又提出了更高的要求。在综合考虑卫星荷载与功耗... 【目的】随着卫星技术和通信技术的不断提高,空间激光通信与测距一体化技术也逐渐成熟。而伴随着深空探测、卫星导航等领域的进一步发展,大量的业务及应用需求对星间的通信容量和测距精度又提出了更高的要求。在综合考虑卫星荷载与功耗的前提下,如何在实现激光卫星高速通信的同时,完成测距并进一步提升测距精度,成为亟待解决的课题。【方法】基于双向单程测距原理,设计并实现了一种同时支持正交相移键控(QPSK)和二进制相移键控(BPSK)的相干通信与测距一体化系统,为进一步提升测距性能,又从提升时钟精度入手,通过使用差拍采样方法,使用鉴频与鉴相来获取发送时钟与接收时钟之间的频率差与相位差,以此来获取到更高的时钟精度,从而对测距值进行校正。【结果】该系统能稳定工作在接收光功率大于-48 dBm的环境,针对不同应用需求可设置不同的速率,QPSK模式下最高速率为5 Gbit/s,BPSK模式下速率分别为2.5 Gbit/s、1.25 Gbit/s和625 Mbit/s,系统测距精度理论上可达最小值53 ps,在正常通信时,使用Matlab与Vivado对测距数据进行计算处理,验证了系统测距精度小于0.1 ns。进一步采用差拍采样方法,仿真条件下,测距精度可提升至码元宽度的10^(-3)量级,达±0.36 cm。【结论】所提通信测距一体化系统能够在高速通信的同时实现高精度测距,对未来激光卫星的相关应用具有一定的实际意义。 展开更多
关键词 卫星 激光通信 激光测距 高精度 一体化
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卫星互联网星间激光通信的分析及建议 被引量：5
2
作者 陈山枝 范志文 +1 位作者 金家德 曹云 《电信科学》 北大核心 2024年第2期1-10,共10页
卫星通信和地面移动通信具有较强的互补性,卫星互联网是当前产业发展的热点,也是未来6G网络的重要组成部分。全球覆盖需要星间组网,但星间通信带宽需求与自由空间信道带来的不稳定性对空间承载网提出了新的挑战。对星间通信及其传输链... 卫星通信和地面移动通信具有较强的互补性,卫星互联网是当前产业发展的热点,也是未来6G网络的重要组成部分。全球覆盖需要星间组网,但星间通信带宽需求与自由空间信道带来的不稳定性对空间承载网提出了新的挑战。对星间通信及其传输链路进行对比分析,提出了基于星间激光的光传送网络(OTN)承载方案,以充分发挥地面光通信的成熟产业链优势和规模经济优势,构建经济性、兼容性、扩展性强的星地一体化网络。最后展望了星间激光通信的技术演进方向,并提出了我国产业发展建议。 展开更多
关键词 卫星互联网 星间激光通信 OTN 星地一体化网络 6G
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基于机器学习的光网络监测与优化方法 被引量：2
3
作者 李鸿 刘武 罗鸣 《光通信研究》 北大核心 2024年第3期1-10,共10页
近年来,许多新型调制和复用技术以及动态网络概念被提出,以适应不断提高的网络带宽和质量需求。网络控制平台向系统化、智能化趋势发展,要求网络管理者不断监测网络各项参数,时刻优化网络状态。然而,大范围部署额外的监测设备获取参数... 近年来,许多新型调制和复用技术以及动态网络概念被提出,以适应不断提高的网络带宽和质量需求。网络控制平台向系统化、智能化趋势发展,要求网络管理者不断监测网络各项参数,时刻优化网络状态。然而,大范围部署额外的监测设备获取参数信息从成本控制的角度缺乏可行性,利用已知数据与特殊算法进行网络性能监测和优化是更优的选择。机器学习方法因为其足够准确和高效逐渐被学术界采纳用于完成上述任务。文章梳理了在光网络监测与优化任务中使用机器学习算法的不同应用场景,综述了该领域的研究成果,并提出了现存的基于机器学习的光网络监测与优化方法存在的问题及可能的进一步研究的方向。基于机器学习的光学性能监测包括光学损伤辨别、信道质量评估以及通道功率预测,基于机器学习的网络配置优化方法包括强化学习优化通道功率。进一步研究方向可以考虑加强与运营商的合作,使用真实的现场数据,不断获取数据动态训练模型,并使用迁移学习和数据增强等技术,以保证算法的鲁棒性与泛化能力。 展开更多
关键词 机器学习 光学性能监测 光网络优化 神经网络 强化学习
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4芯光纤WDM器件技术研究
4
作者 陈丽 肖清明 +1 位作者 王敏 蒋磊 《光通信研究》 北大核心 2024年第6期66-71,共6页
空分复用技术是提高光通信系统传输容量的有效方法之一,主要技术包括多芯光纤(MCF)、少模复用和轨道角动量复用等,其中MCF技术是空分复用技术中较成熟的一种。【目的】为解决光通信传输系统中容量受限的问题,文章设计和研制了一种新型的... 空分复用技术是提高光通信系统传输容量的有效方法之一,主要技术包括多芯光纤(MCF)、少模复用和轨道角动量复用等,其中MCF技术是空分复用技术中较成熟的一种。【目的】为解决光通信传输系统中容量受限的问题,文章设计和研制了一种新型的4芯光纤波分复用(WDM)器件。【方法】文章首先对WDM、空分复用、MCF和MCF耦合技术等进行分析,选取了以毛细管、透镜和腐蚀光纤方案制作的4芯扇入扇出器件为媒介,然后利用MCF和WDM技术相结合的方法,从4芯光纤的选取、4芯WDM调试原理和调试方法出发,最后利用4芯扇入扇出器件设计和研制了一种新型的4芯WDM原样,并利用4芯扇入扇出器件使用差值法对文章研制器件进行了指标测试。【结果】根据实验样品测试的结果显示,该4芯WDM原样1的各反射端和透射端的插入损耗能够控制在0.8 dB以内,反射端的各路隔离度>15 dB,透射端的各路隔离度≥40 dB。【结论】根据测试结果可得到以下结论:与传统单芯WDM方案相比,在同样器件体积下,新型4芯WDM原样可以实现4路通信,极大地提高了光通信容量,同时,填补了国内外对基于MCF技术的空分复用光器件研究的空缺,并且拓展了空分复用的应用范围,让MCF具有长距离传输的潜能。基于空分复用系统制作的WDM器件,在光纤通信系统中具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 空分复用 多芯光纤 波分复用技术 光纤耦合技术
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基于ROPA技术的超长跨距φOTDR传感系统 被引量：1
5
作者 章诗宇 吴江 +2 位作者 李明 聂明超 徐健 《光通信研究》 北大核心 2024年第2期1-5,共5页
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题,文章提出了基于远程泵浦光放大器(ROPA)遥泵技术的相位敏感光时域反射仪(φOTDR)分布式光纤传感系统。【方法】采用偏振分集接收技术,获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题,... 【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题,文章提出了基于远程泵浦光放大器(ROPA)遥泵技术的相位敏感光时域反射仪(φOTDR)分布式光纤传感系统。【方法】采用偏振分集接收技术,获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题,分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术,3个远程增益单元选取合适的增益介质长度,引入传输链路中适当位置,耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励,实现信号光的无中继放大,解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。【结果】实验结果表明,采用同相正交(IQ)解调算法,压电换能器(PZT)加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。【结论】结果表明,文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感,打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad,三维(3D)瀑布图中无扰动位置相对平稳,链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换(FFT)处理后,100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值,对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。 展开更多
关键词 分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器
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集成电路发展与光电融合探讨
6
作者 张新全 肖希 《光通信研究》 北大核心 2025年第2期1-8,共8页
经过60余年指数级高速发展,集成电路最先进制程工艺节点已来到1 nm。近10年来集成电路的发展在转向,从平面等比例微缩转为三维等效微缩,从性能驱动转为功耗驱动,从单元集成转为系统集成,业界普遍认为已进入到“后摩尔时代”。当前,集成... 经过60余年指数级高速发展,集成电路最先进制程工艺节点已来到1 nm。近10年来集成电路的发展在转向,从平面等比例微缩转为三维等效微缩,从性能驱动转为功耗驱动,从单元集成转为系统集成,业界普遍认为已进入到“后摩尔时代”。当前,集成电路面临着3大技术难题,尺寸缩减举步维艰,不仅制程升级放缓,而且代价超百亿美金,格罗方德等部分晶圆厂已放弃进军更先进制程,仅台积电(TSMC)、三星、Intel和Imec等极少数晶圆厂在继续向前推进“深度摩尔”。文章从集成度和能耗两个维度分析了可供深度摩尔继续利用的理论空间,并简要介绍了国际器件与系统路线图(IRDS)关于未来15年的技术演进路线图。“超越CMOS”致力于通过原理、材料和结构等创新找到显著优于传统互补金属氧化物半导体(CMOS)的可能器件和方法,这方面的探索尚属于学术前沿研究阶段。产业界对于系统级封装(SiP)、异质集成和芯粒(Chiplet)等“扩展摩尔(MtM)”技术更为关注。由于信息硬件技术当前遇到的困难和限制是源自电子的物理特性,光子作为与其物理秉性相异的信息载子被寄予厚望,正从传统的传输技术泛化为信息通信技术(ICT)的全尺度连接手段,并逐步进入计算、处理和路由等复杂功能域,光电融合逐渐成为信息技术的重要发展方向。光电融合主要体现于两个维度,一是功能维度协同化,二是硬件维度一体化。文章对这两个维度的进展进行了介绍,并指出以硅为基础的多材料异质集成和混合集成是当前芯片层面光电融合的着眼点,使得光电子发展呈现出“微电子化”的显著特征。光电融合刚起步,在其探索过程中,文章作者认为:一是要重视系统架构层面的适应性改变,不能仅停留于芯片层面;二是融合尚需新材料、新型器件、新工艺、新设备和新系统等多方面创新;三是不能把光电融合狭隘地局限于当前业界着力的MtM方向,还应看到其在Beyond CMOS方向的诸多可能性。 展开更多
关键词 集成电路 后摩尔 扩展摩尔 光电融合
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信息光电子“微电子化”技术进展和发展探讨 被引量：3
7
作者 张新全 肖希 余少华 《光通信研究》 2023年第6期1-10,共10页
微电子技术使电子器件从分立走向集成,带来成本、可靠性、功耗和体积等方面长达几十年的指数级改善,是电子信息技术能够得到广泛应用的关键。当前,电子信息技术正遭遇带宽和能耗等瓶颈制约,摩尔定律步履维艰。光子作为另一种主要的信息... 微电子技术使电子器件从分立走向集成,带来成本、可靠性、功耗和体积等方面长达几十年的指数级改善,是电子信息技术能够得到广泛应用的关键。当前,电子信息技术正遭遇带宽和能耗等瓶颈制约,摩尔定律步履维艰。光子作为另一种主要的信息载子,具有高带宽、高速率、低功耗和高并行等特性,信息技术的继续进步必须更为倚重光子。但是,光子器件的成本、可靠性和规模生产性等方面严重落后于电子器件。因此,基于电子器件发展的历史经验,我们提出光电子“微电子化”,强调光电子以“集成”为发展轨道,以“光电融合”为发展方向。以集成为发展轨道,是强调光电子需借鉴微电子的经验,以适应现代信息系统对器件的要求。光电子的集成化发展有3个主要特征:一是芯片平台硅基化,二是集成规模稳步提升,三是生产模式向fabless演进。以光电融合为发展方向,是强调光电子需与微电子相互结合,通过两者的器件一体化、功能融合化来共同解决信息技术目前面临的带宽、速率和功耗等挑战,以适应数字孪生和元宇宙等应用的要求。光电融合主要有芯片和系统两个层面,涉及到单片光电集成、光电共封装(CPO)、混合光电集成、设备解汇聚和光电混合计算等。光电子“微电子化”不仅是一种技术发展指引,还将对信息光电子产业形成重要影响。文章从市场、竞争、企业和产品等角度进行了开放式思考,指出其可能引发产业重塑。信息光电子发展的“微电子化”是信息技术继续前进的客观要求。一方面,光子正由传输技术泛化为信息通信技术(ICT)全域的泛在连接技术,宏尺度上从地面进入海洋和太空,微尺度上从架间、板间进入板内、封装内和片内。另一方面,光子将由带宽提供技术泛化为ICT全域的硬件基础技术,从传输和连接进入计算、处理和路由等复杂功能域。光电子的“微电子化”将使光子不仅有潜力而且有能力充分发挥自身优势以支撑信息技术的继续进步。 展开更多
关键词 信息光子 光电子 微电子化 硅光子 光电融合
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30 Tbit/s DP-16QAM传输系统中基于机器学习的非线性均衡方法
8
作者 范润哲 杨超 罗鸣 《光通信研究》 北大核心 2024年第4期7-12,共6页
【目的】采用机器学习的方法对30 Tbit/s(60×500 Gbit/s)奈奎斯特双偏振—16进制正交幅度调制(DP-16QAM)在G.654E光纤中传输6300 km传输系统的传输结果进行非线性均衡,降低传输误码率(BER)。【方法】借鉴卷积神经网络的“感受野”... 【目的】采用机器学习的方法对30 Tbit/s(60×500 Gbit/s)奈奎斯特双偏振—16进制正交幅度调制(DP-16QAM)在G.654E光纤中传输6300 km传输系统的传输结果进行非线性均衡,降低传输误码率(BER)。【方法】借鉴卷积神经网络的“感受野”机制,设计“卷积核”大小,根据划分采样数据构造数据集。选取并调试合适的参数构造人工神经网络。采集在C波段的不同波长、不同光信噪比和不同入纤功率发送和接收一一对应的数据,参照经典全连接神经网络结构,根据数据集数据结构来构建神经网络,并对实部和虚部分别进行网络拟合,训练完成后将测试数据集送入网络,在这3个方面分别进行计算并与传统方法进行比对。【结果】文章采用两种神经网络拟合了C波段频率在191.5625~195.9875 THz 60个不同波长传输条件下的传输BER,在与最大似然序列估计(MLSE)算法的对比中,网络1和网络2 BER分别平均降低了23%和41%。在数据中选择了频率为193.8125 THz的光进行入纤功率范围为14~19 dBm的计算,网络1和网络2 BER分别平均降低了32%和52%。在不同光信噪比下,网络1和网络2 BER分别平均降低了30%和57%。【结论】引入的两种神经网络在相干传输系统的非线性均衡中都有不俗的表现。同时,网络层数和节点数会共同影响拟合结果,一般说来,增加层数和节点数可以获取更好的拟合效果,但与之对应的便是模型参数的增多、占用空间的增大和训练时间的增长,所以在应用中应考虑实际情况,在拟合效果和模型属性中进行取舍。 展开更多
关键词 非线性均衡 机器学习 神经网络 大容量传输 人工智能 高速光通信
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双光子3D打印超表面光器件研究进展
9
作者 吴冕 武霖 陶金 《光通信研究》 2023年第6期11-31,共21页
超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层,其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖,表现出独特的电磁学特性。过去10年来,超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵... 超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层,其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖,表现出独特的电磁学特性。过去10年来,超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物,超表面更易于被制造和集成到器件中,可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等,但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维(3D)打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造,具有加工便捷和灵活的优点,以及大面积制造的潜力,被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法,然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势,随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作,最后对基于双光子3D打印技术的超表面光器件进行了评论与展望。 展开更多
关键词 超表面 双光子聚合 三维打印 光器件 表面等离激元
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